在工藝過程開發技術支持的復發的缺乏

由德克 Ortloff 博士

德克 Ortloff,延什 Popp,安德烈亞斯 Wagener
1Gmbh 處理的關係
對應的作者: dirk.ortloff@process-relations.com

包括的事宜

摘要
簡介
缺乏
     市場壓
     虛擬前鑒定用量
     不足的內部信息管理
     說明文件和標準技術支持
需求
解決方法
結論
參考

摘要

今天各種各樣的不確定性和障礙挑戰新產品開發或者產品提高。 這是準確無誤的,當開發微電動機械的系統 (MEMS) 時, nanoelectromechanical 系統 (NEMS)或者納諾縮放比例薄膜設備和他們的特別地必需的製造過程。 技術選項分集和他們的約束以及收縮的幾何和其他外部和內力淹沒工程師并且放置技術對他們的限額。 本文系統地調查外部和內部系數和他們的影響不同的區對 MEMS 和 NEMS 工藝過程開發。

要應付增加的複雜性的挑戰在 MEMS/NEMS 製造工藝過程開發的足够的工藝流程設計自動化的一個新的途徑是必要。 途徑需要報道更新過程順序設計從首先想法的到最終移交到大量生產。 它必須為處理數據和知識電子調用也提供平均值到技術合作夥伴。

促進在本文下收集功能的需求軟件訴訟的能支持此途徑。 它顯示,增長的期貨市場需求可能通過密集用量的這樣軟件工具只執行手拉手與產品工程方法一起使用的那。 此親切的歸入工具工藝過程開發簡化和自動化許多 (PDES)任務的執行系統類別今天手動地執行。 這些主題在歐盟研究計劃散步 (IST 507965) 和其發行被論及了2-4。 滿足許多這些需要的該類別一個工具是散步商品化發生的 XperiDesk®。

簡介

MEMS 和 NEMS 設備新的製造處方的發展規劃由各種各樣不同的外部和內部需求質詢。 在下個部分起因於公用發展實踐的缺乏被顯示。 要刺激那些,请讓我們查看一下當前發展實踐。 一個工藝過程開發項目的此分級顯示以相似的方式以前1被發布了。

每新產品或產品提高從一個新的想法開始。 在進程和設備設計區 MEMS 和 NEMS 的,通過早先發展獲取的私有經驗提供對新發展計劃的大捐獻。

其他來源對於信息和啟發包括同事、科學論文和老實驗室書。 然而,這是問題出現的地方。 同事總是不是可用的,并且總是不是確切,如果某一試驗已經做了。 實驗室書是歷史數據的一種巨大資源,但是在許多情況下,他們對寫他們的人員只是有用,他們在哪裡會查找和讀他們。 即使計算機文件是可用的,他們在幾臺文件服務器上經常被分配或在某個安排被隱藏,并且他們由一個一維標準只排序。 搜索從另一個方面是幾乎不可能的。

此外,每位工程師有存儲信息他/她自己的方式,因此意味著多種辦公室和免費軟件軟件用於創建說明文件。 已經,因為沒有足够時間執行必要的研究和充分地,測試解決方案空間在此第一階段設備和工藝過程開發許多好想法被報廢。

一旦這些最初的障礙解決,這位工程師然後在頭腦裡開始設計瞄準的更新過程流導致設備。 這在文件或使用執行辦公室工具例如文字處理或空白表格程序。 文件和數據格式從工程師通常變化到工程師。 此途徑的一個重要問題是在許多情況下仅 「好」處方和結果被保留。 經常放棄不成功的實驗和他們發生的數據,存檔,并且經常時期不適當地忘記。

例如,同事也許更改設備的配置 (沒有提供它),或者用於早先實驗的設備也許不再取得到,使它難使用和再生產早先實驗的結果。 由於此運作、仅一位工程師或者一個小的組工程師從不合格的實驗的收益知識。 這導致故障的重複,是昂貴的根據時間、資源和貨幣。 不因此存檔實驗的完全環境限制增殖率并且浪費重要的資源。

在一個新的生產過程的設計的下一個步驟將驗證這個被裝配的流程。 所有必要的清潔是否是步驟那裡? 溫度預算值滿足? 步驟此順序是否將沾染設備? 然而,這些問題只適用於這個流程,不是這個功能方面的 manufacturability 方面。 變得清晰,必須滿足許多約束,并且必須解決許多克制設計 「好」流程。

由於更短的開發週期給予的時間限制,這些鑒定有時不是足够詳盡的。 至多,使用他們自己的經驗,其他有經驗的工程師評估這個流程并且估計它從他們的觀點。 此途徑的問題是有經驗的工程師在公司內總是不是可用的。 即使有一個徹底的覆核進程,沒人是理想的,并且加工技術每天變得逐漸複雜化。

簡單的錯誤,例如有錯誤的材料在錯誤的設備,可能有巨大影響對這個項目,對使用的設備和對這家公司。 這些錯誤導致被延遲的結果和損壞的設備,中斷生產線。 終於,這個流程的頭次運行被執行,并且結果被評估。

在許多情況下,頭次運行是部分成功或沒有成功。 然而,重要的經驗獲取。 然而,多種數據和照片 (使用掃描電子顯微鏡 (SEMs)、基本強制顯微鏡 (AFMs)等等) 在評估時被生成。 這些文件在文件服務器存儲和經常只查看由直接地介入的單個,因為他們認識他們的地點,并且什麼實驗他們屬於。 要使事態更壞,關於此數據的論述通過電子郵件進行。 由於此運作,關於這個進程的非正式的知識在郵件服務器只存儲,并且存取此知識在時間以後再通過了是困難的。

在這個實驗是完全的後,被總結的結果和結論用於調整這個流程或設備設計,并且這個處方和設計的新的迭代開始。 然而,參數空間變得太大為人。 幾個多餘的實驗在一個 「之字形」路徑完成嚮最終處理版本或嚮想法的解雇。

調查以上概述的運作提供答案到問題在工藝過程開發期間并且顯示在必要的改善的潛在。 本文的餘數較詳細地查找到以上概述以及另外障礙和挑戰。

缺乏

如被刺激在簡介當前工藝過程開發工具和實踐请遭受關於適當的技術支持的幾個挑戰。 這些缺乏可以被編組到四主要區:

  1. 這個市場迫使和必須由與不足的工具的公司處理為實驗、協作和標準化的趨勢。
  2. 虛擬前鑒定可能性 (像 manufacturability 鑒定) 和模擬有限用量由於幾個不同的原因。
  3. 不足的內部信息和知識管理。
  4. 不足的說明文件和標準技術支持。

市場壓

全世界競爭和市場需要發生越来越快速定期對市場需求。 這要求更加高效的發展途徑。 幾個不同的途徑可以上實現此目標。

一種方式處理定期對市場問題將使用虛擬原型和虛擬前鑒定。 虛擬原型可能快速地極大加速在提供的第一個結果的發展。 它也允許在同一時間的更加潛在有用的變形的核實。 查找在被開發的處方和可能的選擇的缺點前在發展過程中可能極大削減時間和費用。 不幸地這些任務的適當的軟件經常是不足的最好。

加速發展的另一個途徑從早先發展儘量重新使用。 對於那在中央管理的和再現處方和發展結果是前提條件。 由於不均勻的說明文件格式,分散的結果數據和不足的檢索意味此首要條件經常沒有執行。

區別人和組之間的協作在這家公司裡面為高科技發展是必要的。 這可能世界各地包括區別組之間的協作。 市場趨向,并且開發費用甚而驅動對合作發展活動的需要區別法人主體之間。 協作可能改進這個定期對市場。

然而一個適當的中央發展平臺,包括通信和電子知識調用功能,是需要的那麼高效地執行。 如果處理知識需要調用到一個新的站點,這是準確無誤的。 設置在這個接受站點的進程經常擺在從計劃的參考結果的偏差。 通常,因為適當的參考基礎不存在,這些偏差需要再被研究。 這導致調用的技術今天普遍做法通過較的處理藍皮書和工程師調用不會符合將來的發展的時期和資源需求的答案。

虛擬前鑒定用量

如被刺激以上,虛擬原型和前鑒定可能加速發展和削減成本。 有時虛擬前鑒定功能用量像結構上的模擬的由模擬專家的帶寬或必需的模擬和維護資源的可用性限制。 即這經常歸結於局部軟件安裝和維護要求以及由於需要對於特殊地被培訓的私有開發模擬配置。 這些有經驗的人成為有效的一個瓶頸使用模擬工具或其他虛擬鑒定平均值。 所以 「想法檢查」通過導致一個增量及時的實際活實驗執行和花費的資源以及對測試的解決方案空間的減少。 因為沒有足够時間進行必要的研究和探險,這造成工程師放棄好想法。

此外,處方現今變得非常地複雜,以便它艱苦是甚而為了有經驗的工藝工程師能檢測在一個流程裡面的所有潛在的收縮。 所以計劃 runcards 手工的回顧和變得繁瑣,費時和有時甚而易出錯的任務。 在手動地被生成的 runcards 的錯誤地被安置的小數點,子模不一致的更新在流的,物質不一致或者不相容是越來越難察覺并且造成全部的批是没有用的或也許甚而,在特殊情況下,損壞或沾染製造器材。

不足的內部信息管理

另一個組問題是不足的內部信息和知識管理造成復發的工程 「déjà vu's」。 早先發展、科學論文和老實驗室書獲取的經驗提供對新產品想法的認識的大捐獻。 有沒有或仅不足的結構在這些數據導致很多麻煩和雙工作。 關於半導體 10-15% 不合格和雙實驗可能避免的工藝過程開發估計的專家,如果早先結果是可訪問的用一個容易的方法。 此關係與出現從區別項目之間的工程師波動的問題。 當搬入一個連續項目的工程師充斥與許多非結構化信息時,搬入項目專家一個不同的項目也許影響這個早先項目。

另外數據存儲傳統平均值提供仅一個一維查尋標準。 凌亂的結果數據存儲和重要數據關於局部磁盤驅動器導致甚而繁瑣和易出錯的手工數據收集和有時數據損失。 此外經常仅純數據點或結果數據集存儲與有限或沒有環境信息。 只被限制環境提出問題,當設法再生產以前被看到的作用或結果時在總結錯誤的結論從原因作用分析。 這些情況導致 「déjà vu's」以的形式 「一旦我們有一個結果…」 那可以是非常討厭和成本集中的。

說明文件和標準技術支持

提供和報告發展進展可以是繁瑣的最好。 凌亂的結果存貯放置在要求他們的開發工程師上的專業手工工作成績從不同的機械手動地收集數據。 另外收集的結果數據到報表裡和這個評估的裝配可能需要維修時間的大部分。 報告關於發展狀態比一個自動化的進程是經常計時更多報表的一個手工裝配。 輸入數據經常不最新,以便進展中的工作 (WIP)狀態不一定是準確的。 這些作用的影響由質量保證甚而加重,并且標準需求例如 ISO 900X, CMMI,硫化物等。 由於那些越來越適用在開發中以及在生產,有執行強加的說明文件需求的強烈的需求。

需求

要避免或限制上面被描述的挑戰軟件工具的影響是需要的。 有一個中央平臺能支持實驗計劃、核實和結果數據收集能簡化所有這些工作成績。 另外這樣平臺能通過保留這個級數的時間安排收集將來的項目計劃的參考數據。 這樣軟件工具需要執行下列高級需求:

  • 支持完全開發週期如存在表 1。
  • 允許協作在內部地和外部,但是提供詳細的保護和權利管理
  • 允許技術轉讓的全面和有選擇性的導入和導出結構
  • 提供虛擬前鑒定可能性儘量防止不合格的實驗
  • 提供結構最近前估計一份設計處方的 manufacturability
  • 允許所有工程師執行虛擬鑒定而不是限制用量/通過專家
  • 提供充分獲取并且存取對有歷史的信息 (構建以及非正式)
  • 提供有歷史的信息強大和詳細檢索從不同的方面
  • 包含結構收集,自動地分類和管理結果信息
  • 報道質量保證和標準需要的說明文件需求
  • 提供廣泛的報告和計劃功能
  • 允許集中管理和配電器和執行在幾個不同的平臺
圖 1. PDES 將支持的開發週期

解決方法

以上被列出的需求可以由工藝過程開發執行系統執行 (PDES)。 PDES 類似於在幾個方面的 (MES)製造執行系統。 這個中央區分的系數是 PDESs 為指點被剪裁製造過程的發展使用這個被開發的進程時,當 MES 為執行批量生產被剪裁。 所以焦點和 PDES 的成套工具更多在更低的容積,但是更高的靈活性和實驗自由。 MES 的工具更集中於較少差異、更大的容量、更加嚴密的控制和採購管理系統。 應用軟件的兩個類型有共同興趣他們增加可追溯、生產率和質量 (為 PDES 被開發的製造過程的質量與質量的製成品對比 MES 的)。

PDES 提供一個容易的方法存取這些早先發展以一個構建的方式。 信息可以是被檢索的更加快速的,并且早先結果可以更加高效地被考慮到。 PDES 典型地提供平均值顯示和搜索結果數據從不同的觀點和分類達成協議不同方面的數據。 這些功能被運用於像材料、處理步驟、設備、實驗、文件,照片等的所有結果數據。 PDES 也提供一個方式使屬於與同樣或相似的環境的實體有關聯和測試發生的信息。

屬於到 PDES 類別的一個軟件套件是 XperiDesk,軟件產品商業可用從 2008年 4月。 即它支持他們的任務的工藝過程開發工程師維護和開發高科技製造處方的半導體設備製造。 這個用量導致工藝工程師以及一個被改進的處理質量重大的生產率提高。

XperiDesk 為工藝工程師提供一個平臺共同努力和全球性地共享他們的結果并且啟用下列三步核實途徑:

  • manufacturability 的正式核實使用在規律捕捉的抽象處理知識的
  • 由模擬和形象化的核實,和
  • 跟蹤詳細和全面知識獲取和檢索的實驗核實。

XperiDesk 套件解決大多以上被列出的需求并且如圖 2. 所示報道高科技製造過程的完全開發週期。

圖 2. 與 XperiDesk screenshots 的開發週期

結論

產生公用工藝過程開發實踐回顧,并且起因於那些運作的缺乏被顯示了。 問題被編組了到不同的類別,并且可能的解決辦法途徑概述。 從那軟件支持工具的需求派生了。 這些需求可以按稱工藝過程開發執行系統的新的軟件類別執行 (PDES)。

PDES 支持全部的發展流 - 從第一個設備想法到發生的處方的調用到生產裡或對合作请成為夥伴。 所以,它關閉發展循環并且提供今天現實世界結果到想法明天。 它不可能替換工程師創造性,但是它可能幫助工程師著重好想法和在初期擺脫壞想法。 另外, PDES 可能通過提供自動化的平均值去除說明文件和數據收集間接費用為這些目的。

它為工程師在一個虛擬製造環境裡比以前可能也提供一個操場測試他們的想法,提供方式測試更多想法。 PDES 通過開發更好的解決方法和提供更短的定期對市場產生公司競爭優勢。 PDES 的概念在歐盟研究計劃散步 (IST 507965) 被研究了和變得商業可用作為 XperiDesk 軟件套件。


參考

1. J. Popp, D. Ortloff, A. Wagener。 發展技術支持製造過程設計。 在 GSA 論壇,數量 15, No1, 2008年 3月。
2. A. Wagener, J. Popp K. Hahn, R. Bruckk; Ortloff, D. : 工藝流程設計和跟蹤技術支持 MEMS。 在: SPIE 行動: Micromachining 和 Microfabrication 加工技術 X,聖荷西 Bd。 6109, 2006年。 - Photonics 西方 2006年
3. D. Ortloff, F. Cooijmans。; B. Veenstra : 對於增殖率和跟蹤的一個系統的方法 MEMS 工藝過程開發。 在: 第 10 次國際會議的記錄關於微和納諾系統, Baden-Baden 的商品化的, 2005年。 - COMS 2005年
4. B. Veenstra, D. Ortloff, S. Langenhuisen : 交換和生成 MEMS 工藝過程開發知識的途徑。 在: 第 11 次國際會議的記錄關於微和納諾系統,聖彼德堡的商品化的, 2006年。 - COMS 2006年

版權 AZoNano.com, MANCEF.org

Date Added: Jul 12, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:12

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